多线程之：lock和synchronized的区别

多次思考过这个问题，都没有形成理论，今天有时间了，我把他总结出来，希望对大家有所帮助

1、ReentrantLock 拥有Synchronized相同的并发性和内存语义，此外还多了 锁投票，定时锁等候和中断锁等候

线程A和B都要获取对象O的锁定，假设A获取了对象O锁，B将等待A释放对O的锁定，

如果使用 synchronized ，如果A不释放，B将一直等下去，不能被中断

如果 使用ReentrantLock，如果A不释放，可以使B在等待了足够长的时间以后，中断等待，而干别的事情

ReentrantLock获取锁定与三种方式：
    a)  lock(), 如果获取了锁立即返回，如果别的线程持有锁，当前线程则一直处于休眠状态，直到获取锁

b) tryLock(), 如果获取了锁立即返回true，如果别的线程正持有锁，立即返回false；

c)tryLock(long timeout,TimeUnit unit)，   如果获取了锁定立即返回true，如果别的线程正持有锁，会等待参数给定的时间，在等待的过程中，如果获取了锁定，就返回true，如果等待超时，返回false；

d) lockInterruptibly:如果获取了锁定立即返回，如果没有获取锁定，当前线程处于休眠状态，直到或者锁定，或者当前线程被别的线程中断

2、synchronized是在JVM层面上实现的，不但可以通过一些监控工具监控synchronized的锁定，而且在代码执行时出现异
常，JVM会自动释放锁定，但是使用Lock则不行，lock是通过代码实现的，要保证锁定一定会被释放，就必须将unLock()放到
finally{}中

3、在资源竞争不是很激烈的情况下，Synchronized的性能要优于ReetrantLock，但是在资源竞争很激烈的情况下，Synchronized的性能会下降几十倍，但是ReetrantLock的性能能维持常态；

5.0的多线程任务包对于同步的性能方面有了很大的改进，在原有synchronized关键字的基础上，又增加了ReentrantLock，以及各种Atomic类。了解其性能的优劣程度，有助与我们在特定的情形下做出正确的选择。

总体的结论先摆出来：

synchronized：

在资源竞争不是很激烈的情况下，偶尔会有同步的情形下，synchronized是很合适的。原因在于，编译程序通常会尽可能的进行优化synchronize，另外可读性非常好，不管用没用过5.0多线程包的程序员都能理解。

ReentrantLock:

ReentrantLock提供了多样化的同步，比如有时间限制的同步，可以被Interrupt的同步（synchronized的同步是不能
Interrupt的）等。在资源竞争不激烈的情形下，性能稍微比synchronized差点点。但是当同步非常激烈的时候，synchronized
的性能一下子能下降好几十倍。而ReentrantLock确还能维持常态。

Atomic:

和上面的类似，不激烈情况下，性能比synchronized略逊，而激烈的时候，也能维持常态。激烈的时候，Atomic的性能会优于
ReentrantLock一倍左右。但是其有一个缺点，就是只能同步一个值，一段代码中只能出现一个Atomic的变量，多于一个同步无效。因为他不能
在多个Atomic之间同步。

所以，我们写同步的时候，优先考虑synchronized，如果有特殊需要，再进一步优化。ReentrantLock和Atomic如果用的不好，不仅不能提高性能，还可能带来灾难。

先贴测试结果：再贴代码（Atomic测试代码不准确，一个同步中只能有1个Actomic，这里用了2个，但是这里的测试只看速度）

==========================

round:100000 thread:5

Sync = 35301694

Lock = 56255753

Atom = 43467535

==========================

round:200000 thread:10

Sync = 110514604

Lock = 204235455

Atom = 170535361

==========================

round:300000 thread:15

Sync = 253123791

Lock = 448577123

Atom = 362797227

==========================

round:400000 thread:20

Sync = 16562148262

Lock = 846454786

Atom = 667947183

==========================

round:500000 thread:25

Sync = 26932301731

Lock = 1273354016

Atom = 982564544

1. package test.thread;
2. import static java.lang.System.out;
3. import java.util.Random;
4. import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
5. import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
6. import java.util.concurrent.ExecutorService;
7. import java.util.concurrent.Executors;
8. import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
9. import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;
10. import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
11. public class TestSyncMethods {
12. public static void test(int round,int threadNum,CyclicBarrier cyclicBarrier){
13. new SyncTest("Sync",round,threadNum,cyclicBarrier).testTime();
14. new LockTest("Lock",round,threadNum,cyclicBarrier).testTime();
15. new AtomicTest("Atom",round,threadNum,cyclicBarrier).testTime();
16. }
17. public static void main(String args[]){
18. for(int i=0;i<5;i++){
19. int round=100000*(i+1);
20. int threadNum=5*(i+1);
21. CyclicBarrier cb=new CyclicBarrier(threadNum*2+1);
22. out.println("==========================");
23. out.println("round:"+round+" thread:"+threadNum);
24. test(round,threadNum,cb);
25. }
26. }
27. }
28. class SyncTest extends TestTemplate{
29. public SyncTest(String _id,int _round,int _threadNum,CyclicBarrier _cb){
30. super( _id, _round, _threadNum, _cb);
31. }
32. @Override
33. /**
34. * synchronized关键字不在方法签名里面，所以不涉及重载问题
35. */
36. synchronized long  getValue() {
37. return super.countValue;
38. }
39. @Override
40. synchronized void  sumValue() {
41. super.countValue+=preInit[index++%round];
42. }
43. }
44. class LockTest extends TestTemplate{
45. ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
46. public LockTest(String _id,int _round,int _threadNum,CyclicBarrier _cb){
47. super( _id, _round, _threadNum, _cb);
48. }
49. /**
50. * synchronized关键字不在方法签名里面，所以不涉及重载问题
51. */
52. @Override
53. long getValue() {
54. try{
55. lock.lock();
56. return super.countValue;
57. }finally{
58. lock.unlock();
59. }
60. }
61. @Override
62. void sumValue() {
63. try{
64. lock.lock();
65. super.countValue+=preInit[index++%round];
66. }finally{
67. lock.unlock();
68. }
69. }
70. }
71. class AtomicTest extends TestTemplate{
72. public AtomicTest(String _id,int _round,int _threadNum,CyclicBarrier _cb){
73. super( _id, _round, _threadNum, _cb);
74. }
75. @Override
76. /**
77. * synchronized关键字不在方法签名里面，所以不涉及重载问题
78. */
79. long  getValue() {
80. return super.countValueAtmoic.get();
81. }
82. @Override
83. void  sumValue() {
84. super.countValueAtmoic.addAndGet(super.preInit[indexAtomic.get()%round]);
85. }
86. }
87. abstract class TestTemplate{
88. private String id;
89. protected int round;
90. private int threadNum;
91. protected long countValue;
92. protected AtomicLong countValueAtmoic=new AtomicLong(0);
93. protected int[] preInit;
94. protected int index;
95. protected AtomicInteger indexAtomic=new AtomicInteger(0);
96. Random r=new Random(47);
97. //任务栅栏，同批任务，先到达wait的任务挂起，一直等到全部任务到达制定的wait地点后，才能全部唤醒，继续执行
98. private CyclicBarrier cb;
99. public TestTemplate(String _id,int _round,int _threadNum,CyclicBarrier _cb){
100. this.id=_id;
101. this.round=_round;
102. this.threadNum=_threadNum;
103. cb=_cb;
104. preInit=new int[round];
105. for(int i=0;i<preInit.length;i++){
106. preInit[i]=r.nextInt(100);
107. }
108. }
109. abstract void sumValue();
110. /*
111. * 对long的操作是非原子的，原子操作只针对32位
112. * long是64位，底层操作的时候分2个32位读写，因此不是线程安全
113. */
114. abstract long getValue();
115. public void testTime(){
116. ExecutorService se=Executors.newCachedThreadPool();
117. long start=System.nanoTime();
118. //同时开启2*ThreadNum个数的读写线程
119. for(int i=0;i<threadNum;i++){
120. se.execute(new Runnable(){
121. public void run() {
122. for(int i=0;i<round;i++){
123. sumValue();
124. }
125. //每个线程执行完同步方法后就等待
126. try {
127. cb.await();
128. } catch (InterruptedException e) {
129. // TODO Auto-generated catch block
130. e.printStackTrace();
131. } catch (BrokenBarrierException e) {
132. // TODO Auto-generated catch block
133. e.printStackTrace();
134. }
135. }
136. });
137. se.execute(new Runnable(){
138. public void run() {
139. getValue();
140. try {
141. //每个线程执行完同步方法后就等待
142. cb.await();
143. } catch (InterruptedException e) {
144. // TODO Auto-generated catch block
145. e.printStackTrace();
146. } catch (BrokenBarrierException e) {
147. // TODO Auto-generated catch block
148. e.printStackTrace();
149. }
150. }
151. });
152. }
153. try {
154. //当前统计线程也wait,所以CyclicBarrier的初始值是threadNum*2+1
155. cb.await();
156. } catch (InterruptedException e) {
157. // TODO Auto-generated catch block
158. e.printStackTrace();
159. } catch (BrokenBarrierException e) {
160. // TODO Auto-generated catch block
161. e.printStackTrace();
162. }
163. //所有线程执行完成之后，才会跑到这一步
164. long duration=System.nanoTime()-start;
165. out.println(id+" = "+duration);
166. }
167. }